二期围堰填筑料场的优化

周厚贵

1、 概述

三峡工程二期围堰是拦断长江主河床、担负保护大江基坑内二期工程建筑物在干地条件下安全施工的挡水建筑物。上游围堰设计等级为Ⅱ级临时建筑物，下游围堰为Ⅲ级临时建筑物。上游横向围堰最大高度82.5m，形成蓄洪库容20亿m³，是二期工程施工期最关键的安全屏障。上下游围堰顶高程分别为88.5m和81.5m，堰轴线长度分别为1439.6m和1075.9m，防渗墙最大深度分别为74m和68m。

二期围堰堰体主要由风化砂、石碴、石碴混合料、过渡料和块石等材料填筑而成，大部分填料为水下抛填，最大水深60m，少部分堰体为陆上分层碾压。为了在截流前减少施工水深，采用预平抛砂砾石及中小石垫底方式将河床深槽垫高至40m高程左右。围堰防渗采用混凝土防渗墙下接帷幕灌浆，上接防渗土工膜方案。

二期围堰主标段主要工程量量为：土石方填筑量1032.1万m³，其中左岸进料回填约占78.3%，混凝土防渗面积8.35万m²。控制性进度要求大江截流后6个月内填筑至度汛高程，堰体填筑最高月强度达265万m³，防渗墙月最大成墙面积1.38万m²。针对如此规模的围堰工程和如此巨大的围堰填筑工程量，要保证围堰优质、按期地顺利建成，显然填筑料料场的规划与优化十分关键。故此，拟对该项专题加以介绍。

2、 料场及其特点

根据二期围堰主标段合同要求，上游围堰填筑备料量673万m³，下游围堰填筑备料量490万m³，合计备料量

1163万m³。水下平抛垫底备料32万m³。为了满足二期围堰备料总量的要求，共提供了17个料场(备料场)。其中，陆上料场(备料场)15个，它们分别是左岸11个，料场名称为1～4号、7～12号料场和古树岭料场；右岸5个，料场名称为5号料场、关门洞、一期围堰和大沱路料场。水上料场共2个，分别是上游香溪河和下游云池料场。上述陆上各料场的备料工程总量可达1565万m³，综合备料系数为1.35。

上述各料场有以下主要特点：

(1)料场数量多且比较分散。整个二期围堰料源来自17个料场，分布范围广，左右岸控制范围3.5km，上下游控制范围110km，料场距二期围堰最远的达77km。

(2)料场存储工程量大，开采品种多。所有料场存料总量1600万m³。存料品种包括风化砂、石碴混合料、石碴料、块石、垫层料和砂、砾石料等，这些都需要分门别类布置存储。

(3)由于存料的品种繁多，给料场的规划和料源平衡带来较大难度。在规划中，必须考虑满足填筑工期、符合用料程序、降低备料成本、方便上堰取料等综合因素，使各料场供给二期围堰的填料匹配达到最优。

(4)左、右岸料场分布极不平衡，大部分集中在左岸。左岸储料量为70.8%，右岸储料量仅占29.2%，这就给二期围堰两岸双向进占带来料源平衡上的困难。因此，右岸截流基地的108万m³备料还需从左岸料场转移过来。

(5)从料场复查结果看，虽然料源的数量和质量可以满足大江截流及二期围堰填筑的需要，但有个别品种的料源仍存在数量或质量方面的问题。如原开挖利用料堆存时未能严格按规划料分类堆存，需要在填筑过程中边查找边取料；又如古树岭人工碎石系统料源紧张，使过渡料备料紧张，需要采取综合措施解决。

3、 料场优化方法

3.1 料场复查与料场规划

料场复查即对设计文件所提供的各个料场逐一进行核查，确认料场的范围大小，存料的数量和质量等，全面弄清各料场的基本资料。在料场复查的基础上再对每一个料场进行规划，主要内容包括出入料场交通道路、取(堆)料高度、取(堆)料面积、取(堆)料分层、取(堆)料的程序与方法，料场排水设施，料场开采的设备安排，人员、设施及供水、供电配套等。

料场复查和料场规划是进行料场优化的重要前提条件，通过料场复查和料场规划，可全面掌握各个料场的自身情况，为进行各料场间的综合优化和用料平衡提供基本资料。

3.2 线性规划

下面以大江截流和二期上游围堰的料源规划为例采用线性规划方法来进行料场优化。

为大江截流和二期上游围堰工程所规划的备料场主要有5个，分别位于永久船闸、上游引航道、刘家河下段、左岸上游截流基地和右岸截流基地，顺序编号为l～5号备料场。设计储量分别为150、30、301、41和108万m³，共计691.9万m³。根据大江截流和二期上游围堰的施工实际，所需填筑用量为534.29万m³。如考虑在进占和填筑期间直接利用一些开挖碴料，则从5个备料场中的取料量仅为438.06万m³。因此，5个料场的备料量有约58%的富裕，能够满足截流和二期上游围堰填筑的需要。

在5个已有的备料场中究竟要分别选取多少量才是最优?这是典型的线性规划问题。对此，首先确定在保证质量、进度的前提下造价最低作为料场规划的目标函数(MinZ)，然后对各料场采、翻、挖、运的实际条件逐一进行综合单价分析，计算出5个料场的综合单价分别为a1～a5。最后，建立料场规划的线性方程组为：

MinZ＝a₁X₁+a₂X₂+₃X₃+a₄X₄+a₅X₅

5

ΣX_i＝438.06

n-1

以及

X₁≤150 (2)

X₂≤30

X₃≤301

X₄≤41

X₅≤108

式中，Xi，为第i料场的取料数量，万m³。

将各料场的综合单价代入上式，进行线性规划求解，并在规划求解的基础上再进行综合平衡，最后得出在1～5号料场的取料数量分别为114.66、23、211.98、36.88和51.54万m³。按照上述求解结果取料进行大江截流和二期上游围堰填筑，其成本最低。

同样，可以求出二期下游围堰的各料场的最优取料数量，并使其成本最低。

3.3 用料平衡图

用料平衡图是进行料场优化的重要方法。其优点是科学、直观、简洁、明了，能够反映用料流向和用料平衡关系。

用料平衡图包括以下几个基本要素：

(1)源框，即提供料源供应信息的图框。在该图框中，主要信息包括料场名称、储存料源的品种及储量等。

(2)目标框，即提供料源需求信息的图框。在该图框中所展示的信息有填筑部位名称、所需填料的品种及用量等。

(3)箭线，用以表示物料流向。在箭线上(或下)标注的信息有用料流动的种类及流动量、流动距离及运输手段等。

用料平衡图的构造规则是：源框与目标框均可以是多个，箭线必须从源框指向目标框，某一种料的流动量不得大于储量。

在三峡工程大江截流及二期围堰主标段的施工规划中，曾先后在投标文件、施工组织设计文件以及施工实施中的修编文件中多次采用用料平衡图方法进行料场优化。图1给出了1997年8月修订实施方案的用料平衡图。

4、 结束语

三峡工程大江截流及二期围堰填筑料场的优化是该项目成败的关键之一。没有充足的填筑料源，就不可能顺利实现大江截流及二期围堰填筑，没有填筑料场的优化，就不可能实现该项目优质、高速、低耗、安全的目标。

在三峡工程大江截流及二期围堰的填筑施工中广泛采用了本文中所介绍的料场规划、线性规划、用料平衡图等料场优化方法，通过加大紧缺料源的备料力度，加大对非平衡料源的调配力度，保障了填筑料源的供应充足，确保了二期围堰于1998年6月1日全线封闭和大江基坑于9月11日抽干见底。